2020—2021学年人教版（2019）高二物理《描述交流电的物理量》课件

1、描述交变电流的物理量一、知识回顾(一)、交变电流： 大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流。 其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流。 （二）、正弦交流的产生及变化规律 1、产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。即正弦交流。 2、中性面：匀速旋转的线圈，位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面。这一位置穿过线圈的磁通量最大，但切割边都未切割磁感线，或者说这时线圈的磁通量变化率为零，线圈中无感应电动势。3、规律： 从中性面开始计时，则e=NBSsint 。用Em表示峰值NBS则e=Em sint电流I=sint=Im sint电

2、压u=Um sint (1)函数表达式：(2)在纯电阻电路中1、表征交流电变化快慢的物理量0t/sU/VT周期T：交变电流完成一次周期变化所用的时间频率f：1秒内完成周期性变化的次数T = 1/f = 2/T = 2f二、新课教学：周期和频率交流电也用周期和频率来表示变化的快慢 T和f的物理意义：表征交流电变化的快慢，T越小，f越大，交流电变化越快。 我国生产和生活用交流电的周期T_s，频率f_Hz，角速度_rad/s，在1内电流的方向变化_次。0.02503141002、表征交变电流大小物理量瞬时值： 对应某一时刻的交流的值 ，用小写字母表示，e , i , u峰值： 即最大的瞬时值 ，用大

3、写字母表示，UmmEmEm= NsB m=Em/ R注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为 Em=NBS，即仅由匝数N，线圈面积S，磁感强度B和角速度四个量决定。与轴的具体位置，线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的。表征交流电大小的物理量0t/s瞬时值：交变电流某一时刻的值最大值：交变电流的最大瞬时值U/VUm电压最大值电压瞬时值i/AIm电流最大值电流瞬时值有效值：、意义：描述交流电做功或热效应的物理量、定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值。、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是注意：非正弦（或余弦）交流的有效值和峰值之间无此关系，但可按

4、有效值的定义进行推导 。说明1、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电流表和交流电压表的读数是有效值。保险丝的熔断值为有效值，电容器的击穿电压为峰值。对于交流电若没有特殊说明的均指有效值。说明2、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。 求电量用平均值。说明3、交流电压表和电流表通过交流电时，实际上已经由电表内部元件把交流电变成了等效的直流，所以读出的就是交流的有效值，并且电表的指针不会忽左忽右地摆动。平均值：求通过某导体截面的电量一定要用平均值。例1、某交流电压随时间的变化规律如图1所示，则此交流电的频率是_Hz。若将该电压加在10uF的电容器上，则电容器的耐压值不应小

5、于_V；若将该电压加在一阻值为1K的纯电阻用电器上，用电器恰能正常工作，为避免意外事故的发生，该电路中保险丝的额定电流不能低于_A。 【例1】某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为-（ ）A400V，0.02s B200V, 0.02sC400V, 0.08s D200V, 0.08s 解析：从图中看出，该交流电的最大值和周期分别是：Em100V，T0.04s，而最大值EmNBS，周期T2；当线圈转速加倍时，2，故Em2Em200V，TT20.02s.故选B。 【练习1】如图所示为某正弦交流电流的图像，求其峰

6、值、周期和角速度，并写出该电流的瞬时值表达式。解析：从图中可看出交变电流的周期T0.02s，在t0.0025sT8时，电流为14.14A，而tT8时线圈从中性面转过的角度为45。由电流表达式iImsint得：14.14Imsin45Im14.14sin4520A而2T314rad/s.故此电流的瞬时表达式为i20sin314t(A)【例2】如图表示一交流的电流随时间变化的图像，此交变电流的有效值是多大？ 解析：交流的有效值等于热效应与此交流等效的直流电的值，为分析方便，可选交流电的一个周期进行研究。设此交变电流的有效值为I，根据交流有效值的定义，有：所以：练习2如图所示为一交流电的电压随时间变

7、化的图像，求此交流电的电压的有效值。例3、如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。解析： 【例4】图中两交变电流通过相同的电阻R。求：（1）分别写出它们的有效值、周期和频率。（2）计算它们在R上产生的功率之比。解析： （1）图甲为正弦交流电，其有效值I1Im 3.55A，周期T10.4s，频率f12.5Hz；图乙为方波交流电，电流的大小不变、方向作周期变化，由于热效应与电流方向无关，因而它的有效值为5A，周期T20.4s，频率f22.5Hz。 （2）由公式PI2R得：P甲:P乙I12R:I22R（I1I2）21:2练习3一个电阻接在10V的直流电源上，它的发热功率是P，当接到电压为u

8、=10sintV的交流电源上，它的发热功率-（ ） A0.25P B0.5P CP D2PB【例4】如图所示，线圈的面积是0.05，共有100匝；线圈电阻为1，外接电阻R9，匀强磁场的磁感应强度为B1T，当线圈以300r/min的转速匀速旋转时，求：(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时表达式；解析：(2)线圈转过130s时电动势的瞬时值多大；当t130s时，电动势的瞬时值(3)电路中电压表和电流表示数各是多少。电动势的有效值为电流表的示数电压表的示数（4）线圈每转过一周，外力所做的功。 线圈转动一周外力做的功等于电路中产生的电能T2【例5】如图所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，线圈内阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度匀速转动，外电路电阻为R。在线圈由图示位置转过90的过程中，求：(1)通过电阻R的电量q；解析： 在此过程中，穿过线圈磁通量变化所用时间产生的平均电动势为平均电流为 通过R的电量 （2）电阻R上产生的焦耳热Q 在此过程中电阻R上的焦耳热为一个周期内产